Fe_(2)O_(3)对含铈钙钛矿玻璃陶瓷物相结构及化学稳定性的影响

本文以典型SiO_(2)-B_(2)O_(3)-CaO-Na_(2)O-TiO_(2)硼硅酸盐玻璃为基础玻璃,采用热处理析晶法制备含铈钙钛矿玻璃陶瓷固化体。通过DSC、XRD、FTIR、SEM-EDS、ICP等测试方法研究了不同Fe_(2)O_(3)含量对该固化体物相结构及化学稳定性的影响。结果表明,随着Fe_(2)O_(3)的掺入,CeO_(2)晶体衍射峰强度逐渐减弱,钙钛矿(CaTiO_(3))晶粒分布的均匀程度呈先升高后降低的趋势,所有元素的归一化浸出率呈先降低后升高的趋势。当Fe_(2)O_(3)含量为6%(质量分数)时,CeO_(2)晶体消失,晶粒的分布最为均匀,所有元素的归一化浸出率最低。28 d后,所有样品中元素的归一化浸出率(g·m^(-2)·d^(-1))均低于10^(-3)数量级,这表明所制备的玻璃陶瓷固化体具有优异的化学稳定性。本研究为采用钙钛矿玻璃陶瓷固化体处理高放核废液提供了理论支撑和实验指导。

Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响,本文以平均粒径分别为80、61、45和38μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源,以平均粒径为15μm的轻质碳酸钙为氧化钙源,采用发泡法结合原位烧成工艺,经1550℃保温5 h烧成后获得CA_(6)轻质陶瓷材料,研究不同粒度的Al_(2)O_(3)原料对其物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明:随着α-Al_(2)O_(3)粒度的减小,CA_(6)轻质陶瓷的线收缩率、体积密度和热导率逐渐变小,显气孔率增大,压缩强度呈先增大后减小的趋势。综合考虑,以平均粒径为45μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源所制试样的综合性能较佳,更能满足使用需求,其显气孔率、热导率和压缩强度分别为87.8%、0.149 W·m^(-1)·K^(-1)和0.29 MPa。

Al_(2)O_(3)陶瓷发汗结构抗烧蚀性能研究

笔者应用光固化增材制造技术制备了具有485μm微孔、32.84%孔隙率的Al_(2)O_(3)陶瓷基体,并通过压力浸渗工艺将铝硅耗散剂致密地填充至陶瓷基体的微孔中,形成了Al_(2)O_(3)陶瓷发汗结构。研究结果表明:光固化增材制造成形的Al_(2)O_(3)陶瓷弯曲强度不小于216 MPa,弯曲模量不小于273 GPa,具有良好的力学承载能力;AlSi耗散剂与Al_(2)O_(3)陶瓷基体间存在界面反应,使得耗散剂致密地填充至陶瓷基体的微孔中;烧蚀过程中AlSi耗散剂从基体微孔中溢出并液化、气化,对于基体具有优异的保护作用,可以实现结构件1 800℃以上的烧蚀维形。

TiC含量对无压烧结TiC-Al_(2)O_(3)导电陶瓷复合材料微观结构与性能的影响

以Al_(2)O_(3)、TiC粉体为原料,采用无压烧结技术制备了TiC-Al_(2)O_(3)导电陶瓷复合材料,研究了TiC体积分数(30%~45%)对陶瓷复合材料微观结构和性能的影响。结果表明:TiCAl_(2)O_(3)导电陶瓷复合材料主要由Al_(2)O_(3)和TiC两相组成;随着TiC含量的增加,陶瓷复合材料的相对密度降低,开口气孔率增大,当TiC体积分数为30%时,相对密度最大,开口气孔率最低,分别为95.5%和3.0%;陶瓷复合材料中导电相TiC均连接为网状结构,随着TiC含量的增加,TiC所形成的网状结构越发完整,陶瓷复合材料的硬度先升高后降低,电阻率和断裂韧度均呈降低趋势,抗弯强度增大;当TiC体积分数为45%时,陶瓷复合材料的抗弯强度最高,电阻率最低,分别为361 MPa和6.95×10^(-6)Ω·m。

Y_(3)Si_(2)C_(2)掺量对Si_(3)N_(4)陶瓷微观结构与力/热学性能的影响

Si_(3)N_(4)陶瓷具有优异的力学、化学、热学性能,在电子元器件散热与封装领域具有良好的应用前景。为制备高强度、高导热的Si_(3)N_(4)陶瓷,采用Y_(3)Si_(2)C_(2)-MgO二元复合烧结助剂,系统研究了Y_(3)Si_(2)C_(2)掺量与保温时间对Si_(3)N_(4)陶瓷致密度、力学性能及热导率的影响规律,并基于微观结构和物相组成分析阐释了Si_(3)N_(4)陶瓷力/热学性能的优化机制。研究结果表明:随着Y_(3)Si_(2)C_(2)掺量的增加,Si_(3)N_(4)陶瓷试样(保温时间分别为4 h和12 h)的热导率和弯曲强度均呈现先增大后降低的变化规律;保温4 h所制Si_(3)N_(4)陶瓷的弯曲强度主要受致密度的影响,保温12 h所制Si_(3)N_(4)陶瓷的弯曲强度主要受微观结构的均匀度及晶粒尺寸的影响;保温时间的延长有利于气体排出和晶粒生长,从而促进Si_(3)N_(4)陶瓷的致密化及热导率的提升。利用气压烧结(1900℃保温12 h),掺加1.5 mol%的Y_(3)Si_(2)C_(2)可制得致密度为99.0%、热导率为(106.80±2.64)W·m^(−1)·K^(−1)、弯曲强度为(590.21±25.69)MPa的Si_(3)N_(4)陶瓷,其具有优良的力/热学综合性能,有利于提升Si_(3)N_(4)陶瓷封装电子元器件的服役安全性与可靠性。

La^(3+)对MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl_(2)O_(4)粉体为原料,La(OH)_(3)为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La^(3+)在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La_(2)O_(3)后,MgAl_(2)O_(4)光学和力学综合性能优异,所需的热等静压烧结温度由1650℃降低到1600℃,相应平均晶粒尺寸由7μm减小到3μm。

Li_(2)O含量对SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系陶瓷结合剂结构和性能的影响

本研究以SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系陶瓷结合剂为研究对象,通过XRD、FTIR、DSC、SEM、抗折强度和热膨胀系数等先进结构与性能表征测试手段,发现:Li_(2)O的掺入可明显降低陶瓷结合剂的烧结温度,促进锂辉石晶相的析出,并提高陶瓷结合剂的平均抗折强度;当Li_(2)O含量为4.0%时,陶瓷结合剂烧结后的抗折强度达到126 MPa,对应的最佳烧结温度为630℃,热膨胀系数为7.80×10^(-6)℃^(-1),非常接近金刚石的热膨胀系数,同时结合剂对金刚石磨料表现出较好的润湿包覆性。因此,本研究对高性能金刚石磨具陶瓷结合剂的开发具有重要意义。

Cr_(2)O_(3)对ZnO-Bi_(2)O_(3)基高压压敏陶瓷性能的影响

采用固相烧结法制备ZnO-Bi_(2)O_(3)-Co_(2)O_(3)-NiO-Mn_(3)O_(4)-SiO_(2)-Cr_(2)O_(3)压敏陶瓷,研究不同掺杂量的Cr_(2)O_(3)对ZnO压敏陶瓷的微观结构和电气性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及电化学工作站分别对样品的物相、微观形貌及电性能进行表征。结果表明:Cr_(2)O_(3)的加入不仅具有抑制ZnO晶粒异常生长和提升晶粒均匀分布的作用,而且能显著降低ZnO晶粒电阻,增加晶界电阻。在Cr_(2)O_(3)添加量为0%~0.21%(摩尔分数,下同)范围内,随着添加量的增大,压敏陶瓷的非线性系数表现为先增加后减小。当Cr_(2)O_(3)掺杂量为0.14%时,ZnO压敏陶瓷具有优异的电气性能:电位梯度E_(1 mA)=216 V·mm^(-1)、泄漏电流J_L=0.36μA·cm^(-2)、非线性系数α=25、残压比K=1.815、老化系数K_(ct)=0.647。此外,该压敏陶瓷在4/10μs波形下100 kA脉冲电流冲击2次后U_(1 mA)仍保持为初始的96.75%,表现出良好的冲击稳定性,在配电系统避雷器中具有巨大的应用潜力。

Al_(2)O_(3)修饰液改性多孔陶瓷的制备及材料性能研究

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为了提高粉煤灰基多孔陶瓷材料的性能,利用Al_(2)O_(3)修饰液对样品进行表面处理,并对其开展物理、力学性能、吸附效果和微观实验。结果表明:烧结温度越高,多孔陶瓷的气孔率与吸水率越小,强度和表观密度越大,在1100℃的温度条件下,多孔结构烧结成型的效果较佳;当修饰液的浓度从0增至50 mol/L,多孔陶瓷的饱和吸附率增加了4.5倍左右,同时密实度和强度也显著提高;氧化铝修饰液的表面改性效应对钙长石晶体的形成起到促进作用,使得孔陶瓷的强度与吸附性能显著提升。

燃烧合成法制备TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷的组织结构及形成过程分析

采用自蔓延燃烧合成法在室温下的空气中制备出了TiB2-Al2O3复相陶瓷，通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析表明，合成的产物纯净，无中间相，TiB2的形貌为规则的块状，晶粒细小，平均尺寸为（2～5μm），弥散的分布在晶粒较大的Al2O3（40—50μm）四周，而Al2O3的形状不是很规则，该反应不同于一般的元素直接合成，而是由熔化-还原-化合组成的三步反应过程构成。

纳米SiC-Al_2O_3/TiC多相陶瓷复合材料显微结构的研究

考察了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料的断裂方式 .由于纳米SiC的加入 ,材料以穿晶断裂为主 .通过透射电镜观察 ,研究了纳米陶瓷复合材料中纳米SiC的分布 ,证明所制备的材料主要为晶内型纳米复合陶瓷 .在纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,少量纳米SiC位于基体晶粒间 ,大多数纳米SiC位于基体晶粒内 ,而且纳米SiC的加入细化了基体的晶粒 .通过高分辨透射电镜观察 ,研究了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,纳米SiC与基体间界面结合状态 ,发现在两颗粒间的晶界几乎没有玻璃相 ,证明纳米陶瓷复合材料中晶界得到了加强 ,有利于材料力学性能的提高 .另外研究了裂纹在材料中的扩展行为 ,结果表明 。

HAP-玻璃-α-Al_2O_3复合梯度生物陶瓷涂层的显微结构及其附着强度

利用涂覆烧结法在 α- Al2 O3陶瓷基体表面制备了 HAP-玻璃 (α- Al2 O3)梯度生物活性涂层 ,并研究了涂层组成对显微结构和附着强度的影响。梯度涂层中玻璃组成采用低膨胀低软化温度的 R2 O- Al2 O3- B2 O3- Si O2 系统 ;涂层中的 HAP含量由里到外逐渐增多 ,并在涂层中添加了适量的超细 α- Al2 O3粉体。实验结果表明 ,使用 R2 O-Al2 O3- B2 O3- Si O2 系统玻璃有利于涂层低温烧结和涂层与基体结合 ,在涂层中添加 α- Al2 O3超细粉有利于提高涂层与基体结合强度 ,所制备的梯度涂层与基体的结合强度为 4 8.2 MPa。

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

SiC-Al2O_3-SiO_2复合陶瓷涂层组织结构及抗烧蚀性能研究

目的提高C/C复合材料的抗氧化性能。方法采用大气等离子喷涂在C/C复合材料表面制备SiC-Al_2O_3-SiO_2(SAS)复合陶瓷涂层,并选用氧-乙炔在1500℃对涂层进行抗氧化烧蚀性能考核。利用XRD、SEM、EDS等检测分析手段,对团聚粉末和球化粉体以及烧蚀前后涂层的成分及组织进行检测。结果经过等离子球化处理后,三种粉体流动性为90 s/50 g左右,粉末松装密度为1 g/cm^3左右。与团聚的SiC-Al_2O_3-SiO_2粉体相比,粉末流动性提升了20%左右,松装密度提高了20%,更加适宜等离子喷涂工艺。采用球化处理SiC-Al_2O_3-SiO_2粉体制备得到的涂层组织明显优于采用团聚粉体制备的涂层,涂层致密区域明显增大,内部缺陷数量和尺寸减少。在1500℃烧蚀600s后,SiC-36%Al_2O_3-4%SiO_2涂层具有最佳的抗烧蚀效果,涂层整体完整,质量烧蚀率为1.62×10^(-4) g/s。结论 SiC-Al_2O_3-SiO_2体系解决了等离子喷涂制备SiC涂层过程中沉积率低、SiC分解的问题。SiC-Al_2O_3_-SiO_2涂层具有良好的抗氧化烧蚀效果,烧蚀过程中SiO_2和Al_2O_3形成的莫来石相具有良好的高温稳定性、抗热震性以及较低的热膨胀率和氧扩散率,可以进一步提高涂层的抗氧化烧蚀效果。

α-Al2O3陶瓷膜管-金属粘接试样机械特性及显微结构的实验研究

选用新型耐高温、耐腐蚀、耐酸碱DB5012胶粘剂对高纯α-Al2O3陶瓷膜管-20#钢进行连接,在常温及550℃下对粘接试样进行了抗拉强度测试,用XRD、SEM等方法对α-Al2O3陶瓷膜管/胶粘剂/金属粘合部分的微组织结构进行了表征。结果表明,α-Al2O3陶瓷膜管/胶粘剂/金属套接接头界面镶嵌致密,无缝隙气孔,在常温下抗拉强度达到了24.45MPa,在550℃高温下为19.75MPa。该胶粘剂在常温及高温工况下均能达到理想的使用效果。

Y_2O_3-Al_2O_3含量对Si_3N_4陶瓷相组成、致密化、显微结构和力学性能的影响

以α-Si_3N_4粉为原料,通过添加不同含量的Y_2O_3-Al_2O_3烧结助剂(6wt%、8wt%和10wt%),在1800℃下采用热压烧结制备了Si_3N_4陶瓷,研究了Y_2O_3-Al_2O_3含量对Si_3N_4陶瓷的物相、致密度、显微结构与力学性能的影响,结果表明:添加6wt%的Y_2O_3-Al_2O_3助剂即可获得高致密的Si_3N_4陶瓷,继续增加助剂含量对Si_3N_4陶瓷的致密度影响不大,但是显著影响α-Si_3N_4相和β-Si_3N_4相的含量,较高的Y_2O_3-Al_2O_3助剂含量有利于α-Si_3N_4转化为β-Si_3N_4。不依赖于Y_2O_3-Al_2O_3助剂含量,Si_3N_4陶瓷均包含细小的等轴晶粒和大尺寸的棒状晶粒,呈现双峰结构,但是Y_2O_3-Al_2O_3助剂含量增加到10wt%时,可以显著增加棒状晶粒的数量,形成更显著的双峰结构。基于当前研究,发现加入低含量的Y_2O_3-Al_2O_3助剂(6wt%),可以获得高硬度高强度的Si_3N_4陶瓷,而引入高含量的Y_2O_3-Al_2O_3助剂(10wt%),则可以获得高韧性高强度的Si_3N_4陶瓷。

La掺杂氧空位的α-Bi_(2)O_(3)电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理的方法研究了本征α-Bi_(2)O_(3)、La掺杂、氧空位掺杂和共掺杂体系的电子结构与光学性质,以期获得性能比较优异的α-Bi_(2)O_(3)光催化材料。研究结果表明:掺杂后,体系结构变形较小,其中氧空位(V_(O))掺杂和La-V_(O)共掺杂体系的禁带宽度价带和导带同时下移且在禁带中引入杂质能级,说明掺杂可以减小电子从价带激发到导带所需能量,有利于电子的跃迁。特别是相对于氧空位单掺杂,La-V_(O)共掺杂使杂质能级向导带底靠近,这个倾向可能使该复合缺陷成为光生电子捕获中心的概率大于成为光生电子-空穴对复合中心的概率;同时,La-V_(O)共掺杂导致导带底附近的能带弯曲的曲率增大即色散关系增强,从而降低了电子的有效质量,加速电子的运动,因此,La-V_(O)共掺杂能大幅改善光生电子-空穴对的有效分离。另一方面La-V_(O)共掺杂在显著扩展可见光吸收范围的同时,还极大地增强了可见光吸收强度。因此,La-V_(O)共掺杂有效改善了α-Bi_(2)O_(3)的光催化活性。本研究为利用稀土离子掺杂改善其他光催化材料的性能提供了一个新的思路。

SiO2-Al2O3-R2O-Fe2O3系统发泡陶瓷及其孔结构研究

采用SiO2-Al2O3-R2O-Fe2O3原料系统,SiC为发泡剂制备发泡陶瓷,研究了发泡温度、保温时间及SiC添加量对发泡陶瓷体积密度、孔结构及非晶相含量的影响,探讨了非晶相的产生与孔结构形成的关系。研究表明,发泡温度升高,保温时间延长及SiC添加量增大,均利于非晶相的形成。加热过程中,发泡温度从1190℃升至1250℃,非晶相含量增加18.7%,发泡陶瓷孔径增大,体积密度降低;延长保温时间或增大SiC添加量,非晶相占比提高。SiC添加量每增加0.1wt%,非晶相占比提高2.3%。保温时间和SiC添加量的增大引起发泡陶瓷孔径进一步增大,泡孔均匀性降低,体积密度先降低后升高。

Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_(3)铁电陶瓷的制备及热膨胀性能研究

由于Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_(3)弛豫铁电陶瓷较高的烧结温度易导致Pb挥发,固相法制备难。首先,采用钨锰铁矿法合成纯相结构的ScTaO4和Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_(3)粉体。其次,分别采用直接埋烧法、PbO过量法、两步烧结法对陶瓷的制备工艺进行探索。最后,对陶瓷的热膨胀性能进行分析。结果表明:直接埋烧法和PbO过量法产生了大量焦绿石相和钽氧化物,合成的主晶相较少。两步烧结法有效抑制了Pb的挥发,制备的陶瓷以立方钙钛矿相为主。随温度升高,热应变呈现升高趋势,在-150~150℃内,其值为正。热膨胀率与温度的关系图为V型,约为-30℃时热膨胀系数最低,其值为负。